Перегляд вихідного коду сторінки Нікель-метал-гідридний акумулятор

'''Нікель-метал-гідридний акумулятор''' ({{lang-en|Nickel-metal hydride battery}}, скорочено '''NiMH''')&nbsp;— [[електричний акумулятор]] з категорії [[Батарея (електрика)#Категорії і типи батарей|вторинних батарей]] у якому позитивним [[електрод]]ом є оксидно-нікелевий електрод, а негативним&nbsp;— електрод зі сплавів нікелю з металами рідкісноземельної групи, здатних до [[Адсорбція|адсорбції]] [[Водень|водню]] і десорбції його при зміні [[Полярність (фізика)|полярності]].

На відміну від [[Нікель-кадмієвий акумулятор|нікель-кадмієвого акумулятора]], в якому негативним електродом є кадмієвий електрод, нікель-метал-гідридні акумулятори мають вищі енергетичні характеристики, однак мають вужчий температурний діапазон експлуатації і до того ж мають трохи більший саморозряд і більш чутливі до перегріву, що призводить до необхідності вбудовування в батареї елементів захисту.

Вартість однієї А/год нікель-метал-гідридних акумуляторів на 30-50% вища, ніж у нікель-кадмієвих.<ref name="Шембель"/> NiMH акумулятори можуть мати ємність в 2-3 рази більшу від NiCd, а їх [[густина енергії]] наближується до густини енергії [[Літій-іонний акумулятор|літій-іонних акумуляторів]].

Напруга елемента: максимальна&nbsp;— 1,4В (повний заряд); мінімальна&nbsp;— 0,9В (повний розряд).

Цей тип батареї особливо популярний для використання в цифрових камерах, тому що вони можуть витримувати високі навантаження і при цьому забезпечити гарну, на відміну від звичайних [[Лужна батарея|лужних батарей]] продуктивність.

[[Файл:Recarregável.JPG|міні|праворуч|200пкс|Нікель-метал-гідридні акумулятори є [[Батарея (електрика)#Категорії і типи батарей|батареями, що перезаряджаються]]. На батареях розміру АА, що на зображенні, негативний полюс позначено помаранчевим забарвленням]]

== Історія ==
Бурхливе розширення ринку портативної апаратури сприяло розробці нікель-метал гідридних (Ni-MH) акумуляторів. Розробка їх почалася кілька десятиліть тому. В Європі жорсткість екологічних вимог, при значному збільшенні питомих характеристик цих батарей викликали розширення виробництва і використання цих акумуляторів. Заміна негативного електрода з кадмієвого дозволила збільшити в 1,3-2 рази закладку активних мас позитивного електрода, що і визначає [[Ємність (електрика)|ємність]] нікель-метал-гідридного акумулятора.

Негативний електрод виготовляється зі сплавів. Сплави, що адсорбують водень у 1000 разів більше власного об'єму, були винайдені у 60-х роках минулого століття, і складаються із двох або кількох металів, один із яких адсорбує водень, а інший є [[каталізатор]]ом, що сприяє [[Дифузія|дифузії]] [[атом]]ів водню в решітки.
<center>
{| class="wikitable" align=center valign=top cellspacing=2
|- align=center valign=top
||[[Файл:Nickel-Metallhydrid-Batterie.jpg|210px|center]]<p style="font-size: 85%">Нікель-метал-гидридні батареї компанії Varta в музеї в Autovision Altlußheimu в Німеччині
||[[Файл:Ni-MH Battery 01.JPG|350px|center]]<p style="font-size: 85%">Високопотужні Ni-MH батареї [[Toyota Prius|Toyota Prius NHW20]], [[Японія]]
|}
</center>

== Принцип роботи ==
[[Анод]]ом є водневий метало-гідридний електрод (зазвичай гідрид нікель-лантану або нікель-літію), [[Луг (хімія)|лужний]] [[електроліт]]&nbsp;— гідроксид калію, [[катод]]&nbsp;— оксид нікелю. Залежно від сплаву, з якого виготовлено негативний електрод, [[Батарея (електрика)#Поняття, що застосовуються для характеристики електричних батарей|напруга розімкнутого ланцюга]] Ni-MH акумулятора зазвичай перебуває в діапазоні 1,32-1,35 В, тобто практично дорівнює напрузі розімкнутого ланцюга нікель-кадмієвого акумулятора. Кількість можливих комбінацій металів, які використовуються як анод, практично не обмежена, що дає можливість оптимізувати властивості сплаву. Сплави нікелю з металами рідкісноземельної групи здатні забезпечити до 2000 циклів заряду-розряду акумулятора при зниженні ємності негативного електрода не більше ніж на 30%.<ref name="Шембель">{{sfn0|Шембель, Білогуров|2009}}</ref>

На [[катод]]і NiMH акумулятора відбувається така реакція:

: <math>\mathrm{H_2O + M + e^- \leftrightharpoons OH^- + MH}</math>

Реакція заряду відбувається зліва на право, а розряду&nbsp;— зправа на ліво.

На аноді відбувається така реакція:

: <math>\mathrm{Ni(OH)_2 + OH^- \leftrightharpoons NiO(OH) + H_2O + e^-}</math>

«Метал» M в катоді NiMH акумулятора насправді є [[Інтерметаліди|інтерметаловою]] сполукою. Багато різних сполук було розроблено для цього, але всіх їх можна розділити на два класи. Найбільш поширеними є AB<sub>5</sub>, де A це [[рідкісноземельні елементи]] суміш з [[лантан]]у, [[Церій|церію]], [[неодим]]у, [[празеодим]]у і B це [[нікель]], [[кобальт]], [[манган]], та/або [[алюміній]]. Дуже мало акумуляторів використовують високоємний матеріал для катода, що базується на AB<sub>2</sub> сполуках, де A це титан та/або [[ванадій]] і B це [[цирконій]] або нікель, модифікованого [[хром]]ом, кобальт, [[залізо]], та/або манган, у зв'язку зі зменшенням життя акумулятора. Будь-яка з цих сполук відіграють однакову роль, зворотно утворюючи суміші метало-гідридних сполук.

[[Файл:Nimh disassembled.jpg|thumb|500px|center|Розібраний NiMH AA акумулятор::<br/> '''1'''&nbsp;— позитивна клема<br/> '''2'''&nbsp;— зовнішній металевий корпус (також негативний полюс)<br/> '''3'''&nbsp;— позитивний електрод<br/> '''4'''&nbsp;— негативний електрод з колектором струму (металева сітка, підключена до металевого корпусу)<br/> '''5'''&nbsp;— сепаратор (між електродами). Забезпечує бар'єр між анодом і катодом з метою запобігання їхньому дотиканню та забезпечення вільного руху заряду.]]

== Переваги і недоліки нікель-метал-гідридних акумуляторів ==
Характеристики Ni-MH акумуляторів суттєво залежать від [[Сплави|сплаву]] негативного електрода і технології обробки цього сплаву для збільшення стабільності його складу і структури. Як наслідок, це змушує і виробників акумуляторів уважно ставитися до вибору постачальників сплаву, і покупців акумуляторів&nbsp;— до вибору компанії-виробника.

Конструкція корпусів Ni-MH акумуляторів і [[Нікель-кадмієвий акумулятор|NiCd акумуляторів]] однакова, тому тиск, що розвивається в акумуляторах обох систем при перезаряді і перерозряді, є однаковим. Ідентичними в обох видах акумуляторів є також конструкція позитивних електродів та склад електроліту. Але завдяки підвищеній закладці активних мас оксидно-нікелевого електроду ємність Ni-MH акумулятора значно зросла.

Перевагою перед [[Нікель-кадмієвий акумулятор|NiCd акумуляторами]] є збільшення питомих енергетичних характеристик.

Хоча ефекти, пов'язані з перезарядом оксидно-нікелевого електрода, залишаються, проте у Ni-MH акумуляторів відсутній «ефект пам'яті», властивий Ni-Cd акумуляторам через утворення нікелату в негативному кадмієвому електроді.

Зниження розрядної напруги, що спостерігається при частих і тривалих перезарядах так само, як і в Ni-Cd акумуляторів, може бути усунуте при періодичному здійсненні декількох розрядів до одного вольта. Такі [[Профілактика|профілактичні]] заходи достатньо проводити один раз на місяць.

[[Файл:Battery charger.JPG|міні|праворуч|150пкс|[[Зарядний пристрій]] для батарей NiMH.]]

=== Недоліки Ni-MH акумуляторів перед NiCd акумуляторами ===
Ni-MH акумулятори поступаються NiCd акумуляторам за такими експлуатаційними характеристиками:
* ефективно працюють у вужчому діапазоні робочих струмів, що пов'язане з обмеженою десорбцією водню металгідридного електрода при надзвичайно високих швидкостях розряду;
* у процесі заряду Ni-MH акумуляторів виділяється більше тепла, ніж при заряді Ni-Cd акумуляторів, тому з метою запобігання перегріву батареї з Ni-MH акумуляторів у процесі швидкого заряду і/або значного перезаряду в них встановлюють [[термозапобіжник]] або [[термореле]], які розміщують на стінці одного з акумуляторів у центральній частині батареї;
* мають підвищений саморозряд, що визначається неминучістю реакції водню, розчиненого в електроліті, з позитивним оксидно-нікелевим електродом (однак, завдяки використанню спеціальних сплавів негативного електрода, вдалося досягти зниження швидкості саморозряду до величин, близьких до показників для Ni-Cd акумуляторів);
* небезпека перегріву при заряді одного з Ni-MH акумуляторів батареї, а також переполюсування акумулятора з найменшою ємністю при розряді батареї зростає з неузгодженістю характеристик акумуляторів у результаті тривалого циклування; тому розробка батарей більш, ніж з 10 акумуляторів не рекомендується всіма виробниками;
* втрати ємності негативного електрода, які мають місце в Ni-MH акумуляторі при розряді нижче 0 В, безповоротні, що висуває більш жорсткі вимоги до вибору акумуляторів у батареї і контролю процесу розряду, порівняно з використанням Ni-Cd акумуляторів; зазвичай рекомендується розряд до 1 В/ак у батареях невеликої напруги й до 1,1 В/ак батареї з 7-10 акумуляторів.

[[Деградація]] нікель-метал-гідридних акумуляторів визначається, насамперед, зменшенням при циклуванні [[Сорбція|сорбуючої]] здатності негативного електрода. У циклі заряду-розряду відбувається зміна об'єму кристалічних решіток сплаву, що призводить до утворення тріщин і подальшої [[Корозія|корозії]] при взаємодії з електролітом. Утворення продуктів корозії відбувається зі споживанням кисню і водню, у результаті чого знижується загальна кількість електроліту і збільшується внутрішній опір акумулятора.

При зберіганні у розрядженому стані нікель-метал-гідридні акумулятори не втрачають працездатності протягом одного року.<ref name="Шембель"/>

[[Файл:Recycling Ni-MH.svg|thumb|100px|[[Коди переробки|Код переробки]]]]

== Утилізація ==
Відмова від [[Кадмій|кадмію]] означає більш екологічно чисте виробництво, внаслідок чого легше вирішується і проблема утилізації використаних акумуляторів.
{{main|Переробка батарей}}

== NiMH акумулятори з низьким саморозрядом (LSD NiMH) ==
В листопаді 2005 року з'явився принципово новий тип нікель-метал гідридних акумуляторів, який отримав назву LSD Ni-MH (англ. Low Self-Discharge Nickel-Metal Hydride Battery)&nbsp;— нікель-метал гідридних акумулятори з низьким рівнем саморозряду. Цей тип акумуляторів  представила компанія [[Sanyo]] під торговою маркою [[Eneloop]]. Якщо традиційні NiMH акумулятори втрачають до 10&nbsp;% ємності заряду за першу добу і 0,5&nbsp;% після цього, то LSD Ni-MH втрачають від 0,04&nbsp;% до 0,1&nbsp;% в день.

Основні переваги акумуляторів з низьким саморозрядом:
* низька втрата ємності заряду під час зберігання (10-20&nbsp;% в рік);
* можливість працювати з великим струмом розряду;
* можливість працювати при низьких температурах (втрата ємності при -20&nbsp;°C становить не більше 12&nbsp;%);
* можливість швидкого заряду;
* довгий термін роботи (до 1500 циклів) і краще зберігання ємності під час експлуатації.

== Див. також ==
* [[Список типів електричних батарей]]

== Примітки ==
{{reflist}}

== Джерела ==
* {{h|Шембель, Білогуров|2009|Шембель О. М., Білогуров&nbsp;В.&nbsp;А. Основні характеристики сучасних хімічних джерел струму різних електрохімічних систем // Сучасна спеціальна техніка&nbsp;: науково-практичний журнал.&nbsp;— 2009.&nbsp;— №&nbsp;2 (17).&nbsp;— С. 66-86.}}

{{Електричні акумулятори}}
{{Хімічні джерела струму}}

[[Категорія:Електричні акумулятори]]